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Abstract

本发明属于材料领域，具体涉及一种固废空心陶粒及其制备方法。本发明通过将粉煤灰、压滤污泥、废木屑多种固废协同处理，同时解决了固废污染难处理以及固废陶粒堆积密度大、内部孔隙率小、导热系数大等问题。利用本发明方法所生产的空心陶粒可广泛用于建筑保温隔热材料、农业园艺储肥载体等方面，另外本发明工艺简单、节能环保，应用前景广阔。

Description

一种固废空心陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种固废空心陶粒及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，工业污水和生活污水收集处理率和处理深度不断提高，污泥产量也正以每年大概10％的速度急剧增加。污水处理中的压滤污泥中含有机物及大量的无机物(主要是硅、铝、铁、钙等)，利用污泥中的有机和无机成分，高温烧制污泥陶粒，既能够实现污泥减量和无害化，又能实现资源化利用，逐渐成为近年来污泥处理领域的研究热点和发展方向。
此外，粉煤灰也是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。粉煤灰中含有多种对环境和人体有害的物质，其中包括可能导致神经系统损伤、出生缺陷甚至癌症的重金属。近年来，越来越多的将这种固废用于陶粒制作，来降低其对环境和人类的危害，并实现资源化利用。
然而这些固废材料焙烧的陶粒一般很难达到轻质或者超轻质等级，最终固废陶粒存在堆积密度大、内部孔隙率小、导热系数大等问题。为了更好的解决这一难题，实现更优的资源再利用，本发明的发明人提出了一种新的解决方法，即利用固废制作空心陶粒。目前，空心陶粒也在很多空心陶粒砌块、空心陶粒内外墙板、空心陶粒砖等建筑材料中广泛应用，但利用固废制作空心陶粒在本领域中还未发现有相关技术。
发明内容
为克服现有技术缺陷，提升固废潜在价值，发明人提供了一种固废空心陶粒及其制备方法。本发明通过将粉煤灰、压滤污泥、废木屑多种固废协同处理，同时解决了固废污染难处理以及固废陶粒堆积密度大、内部孔隙率小、导热系数大等问题。利用本发明方法所生产的空心陶粒可广泛用于建筑保温隔热材料、农业园艺储肥载体等方面，另外本发明工艺简单、节能环保，应用前景广阔。保护了环境的同时实现了资源的循环利用，切实符合陶粒生产发展的趋势。
发明人首先公开了一种固废空心陶粒，该陶粒为中空的球形或椭球形，粒径为5～25mm，表面较为致密、有细孔，堆积密度为300～600kg/m3，1h吸水率为10～30％，筒压强度可以达到2.0～5.0MPa。该陶粒组成原料分为芯体和外壳两部分，按照重量份计，芯体原料组成为：木屑5-10份，污泥：1-5份；外壳原料组成为：粉煤灰7～15份，污泥1～3份。
其中所述的粉煤灰等级为国标Ⅱ级或Ⅲ级；所述的木屑大小为180-220目，无需进行预处理；木屑为木料加工企业生产中所产生的木屑，该木屑中一般含有大量酚醛树脂胶，这些同样会对环境和人体造成一定程度的危害，但经过高温燃烧后会产生对环境无害的CO2和H2O，这些气体散发的同时能够使陶粒产生更多的小细孔，提升陶粒的吸附能力等品质，同时能够为陶粒煅烧提供能量；污泥为污水处理过程中的压滤污泥，其含水量为70～90％，并且其中含有以及大量的有机质；以木屑和污泥为原料的芯体部分在陶粒烧制过程中大部分原料燃烧掉，使陶粒呈空心的结构，降低了陶粒整体的密度，结合粉煤灰和污泥作为外壳原料烧制后致密的特性，使陶粒真正达到轻质并保温的效果。
发明人进一步提供了以上固废空心陶粒的制备方法，包括以下几个步骤：
1)芯体生料球的制备：按重量份，木屑5～10份，污泥1～5份的比例将两者充分混合，在成球盘内滚动成球作为芯体，芯体的直径为3～10mm；
2)外壳原料预处理：按重量份，粉煤灰7～15份，污泥1～3份的比例将两者混合均匀；
3)陶粒生料球制备：将制备好的芯体生料球放入成球盘中，边加水边加步骤2)混合均匀的外壳原料，使芯体生料球在成球盘内不断滚动同时粘附混匀的外壳原料，外壳原料将芯体生料球充分的包裹，控制成球盘转速、加水加料速度，将陶粒生料球直径控制在5～25mm之间；
4)生料球烘干：将步骤3)制备完成的陶粒生料球在105～145℃条件下进行烘干，时间为3～5h；
5)烧制陶粒：将烘干后的陶粒生料球进行烧制，烧制完成后将陶粒取出冷却至室温即得空心陶粒产品。
其中，步骤5)所述的烧制过程包括预热、升温、高温焙烧，具体过程为：350～400℃预热10～30min；升温，升温速度控制在6～10℃/min；1100～1200℃高温焙烧20～40min。
本发明方法的有益效果主要体现在两大方面，一方面能够大量消耗的粉煤灰、压滤污泥、废木屑等固废，大大降低相关企业对这些固废的处理成本，并解决了堆积占地问题；另一方面，这几种固废通过合理的再利用，制成了高品质的空心陶粒，该陶粒真正解决了固废陶粒存在的难以达到轻质或超轻质的难题，污泥中的有机质、废木屑在陶粒内部的燃烧给陶粒焙烧提供了大量的热量，减少了能源使用，节省了公司开支同时烧制完成后使陶粒成为空心结构，降低了陶粒整体密度，而粉煤灰提供了大量的硅铝元素作为陶粒外壳骨架，抗压强度高、致密性好；最终使本发明陶粒达到轻质且保温的效果。本发明所提供的陶粒以及制备方法符合当下社会所提倡的循环经济的要求，同时能够降低企业成本并带来更多的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明空心陶粒实物图。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施例1
一种固废空心陶粒制备方法实施步骤：
1)空心陶粒芯体的制备：按木屑8份，污泥2份的重量份比例充分混合，在成球盘内滚动成球作为芯体，芯体的直径为3～10mm；
所述的木屑约为200目左右，为木料加工过程产生的废木屑，其中相当量的木屑中含有大量酚醛树脂胶；污泥为清远公司污水处理源头脱水机房压滤产生，其含有70～90％的水以及大量的有机质；
2)外壳原料预处理：按粉煤灰10份，污泥1.5份的重量份比例混合陶粒外壳原料，充分混合均匀；粉煤灰为热电公司所产生的固废，等级为Ⅱ～Ⅲ级；
3)陶粒生料球的制备：将制备好的芯体生料球放入成球盘中，边加水边加步骤2)中混合好的外壳原料，使芯体在成球盘中不断滚动同时粘附外壳材料，外壳材料将芯体生料球充分的包裹，成球过程中控制好成球盘转速、加水加料速度，将陶粒直径控制在5～25mm之间，最后将陶粒生料球盛出；
4)陶粒生料球烘干：将制备好的陶粒生料球放置烘箱内，在105℃条件下烘干4h；
5)烧制陶粒：将烘干后的陶粒生料球放置于箱式高温炉内，设定好箱式炉的升温程序，其中包括预热、升温、高温焙烧，预热为350℃预热20min；箱式炉升温速度控制在10℃；高温焙烧为1150℃煅烧20min，待焙烧完成后将陶粒取出冷却至室温即得空心陶粒产品。
上述步骤制备的空心陶粒经检测，堆积密度445kg/m3；1h吸水率19.3％，筒压强度2.9MPa，具备优良的轻质保温效果，可以用于陶粒混凝土空心砌块的制备。
实施例2
一种固废空心陶粒制备方法实施步骤：
1)空心陶粒芯体的制备：按木屑6份，污泥3份的重量份比例充分混合，在成球盘内滚动成球作为芯体，芯体的直径为3～10mm：
所述的木屑约为200目左右，为木基公司基材制成制品过程中开料产生，木屑中含有大量酚醛树脂胶；污泥为清远公司污水处理源头脱水机房压滤产生，其含有70～90％的水以及大量的有机质；
2)外壳原料预处理：按粉煤灰8份，污泥1份的重量份比例混合陶粒外壳原料，充分混合均匀；粉煤灰为热电公司所产生的固废，等级为Ⅱ～Ⅲ级。
3)陶粒生料球的制备：将制备好的芯体生料球放入成球盘中，边加水边加步骤2)中制备的外壳原料，使芯体在成球盘不断滚动同时粘附外壳材料，外壳材料将芯体生料球充分的包裹，成球过程中控制好成球盘转速、加水加料速度，将陶粒直径控制在5～25mm之间，最后将陶粒生料球盛出；
4)陶粒生料球烘干：将制备好的陶粒生料球放置烘箱内，在105℃条件下烘干4h；
5)烧制陶粒：将烘干后的陶粒生料球放置于箱式高温炉内，设定好箱式炉的升温程序，其中包括预热、升温、高温焙烧，预热段为350℃预热20min，箱式炉升温速度控制在10℃，高温焙烧段为1180℃煅烧20min，待焙烧完成后将陶粒取出冷却至室温即得空心陶粒产品。
上述步骤制备的空心陶粒经检测：堆积密度565kg/m3；1h吸水率14.3％，筒压强度3.4MPa，具备优良的轻质保温效果，可以用于陶粒混凝土空心砌块的制备。
实施例3
一种固废空心陶粒制备方法实施步骤：
1)空心陶粒芯体的制备：按废木屑7份，压滤污泥2份的重量份比例充分混合，在成球盘内滚动成球作为芯体，芯体的直径为3～10mm：
所述的木屑约为200目左右，为木基公司基材制成制品过程中开料产生，木屑中含有大量酚醛树脂胶；污泥为清远公司污水处理源头脱水机房压滤产生，其含有70～90％的水以及大量的有机质；
2)外壳原料预处理：按粉煤灰9份，污泥1份的重量份比例混合陶粒外壳原料，充分混合均匀：粉煤灰为热电公司所产生的固废，等级为Ⅱ～Ⅲ级。
3)陶粒生料球的制备：将制备好的陶粒芯体生料球放入成球盘中，边加水边加步骤2)中制备的外壳原料，使芯体在成球盘不断滚动同时粘附外壳材料，使外壳材料将芯体生料球充分的包裹，成球过程中控制好成球盘转速、加水加料速度，将陶粒直径控制在5～25mm之间，最后将陶粒生料球盛出；
4)陶粒生料球烘干：将制备好的陶粒生料球放置烘箱内，在105℃条件下烘干4h；
5)烧制陶粒：将烘干后的陶粒放置于箱式高温炉内，设定好箱式炉的升温程序，其中包括预热、升温、高温焙烧，预热段为350℃预热20min，箱式炉升温速度控制在10℃，高温焙烧段为1200℃煅烧20min，待焙烧完成后将陶粒取出冷却至室温即得空心陶粒产品。
上述步骤制备的空心陶粒：堆积密度595kg/m3；1h吸水率11.2％，筒压强度4.05MPa，具备优良的轻质保温效果，可以用于陶粒混凝土空心砌块的制备。

Claims (6)

1.一种固废空心陶粒，其特征在于：该陶粒为中空的球形或椭球形，粒径为5～25mm，表面致密、有细孔，堆积密度为300～600kg/m3，1h吸水率为10～30％。
2.根据权利要求1所述的一种固废空心陶粒，其特征在于：所述的陶粒组成原料分为芯体和外壳两部分，按照重量份计，芯体原料组成为：木屑5-10份，污泥：1-5份；外壳原料组成为：粉煤灰7～15份，污泥1～3份。
3.根据权利要求2所述的一种固废空心陶粒，其特征在于：所述的粉煤灰等级为国标Ⅱ级或Ⅲ级；所述的木屑大小为180-220目；所述的污泥含水量为70～90％。
4.如权利要求1所述的固废空心陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
1)芯体生料球的制备：按重量份，木屑5～10份，污泥1～5份的比例将两者充分混合，在成球盘内滚动成球作为芯体；
2)外壳原料预处理：按重量份，粉煤灰7～15份，污泥1～3份的比例将两者混合均匀；
3)陶粒生料球制备：将制备好的芯体生料球放入成球盘中，边加水边加步骤2)混合均匀的外壳原料，使芯体生料球在成球盘内不断滚动同时粘附混匀的外壳原料，外壳原料将芯体生料球充分的包裹，将陶粒生料球直径控制在5～25mm之间；
4)生料球烘干：将步骤3)制备完成的陶粒生料球在105～145℃条件下进行烘干，时间为3～5h；
5)烧制陶粒：将烘干后的陶粒生料球进行烧制，烧制完成后将陶粒取出冷却至室温即得空心陶粒产品。
5.根据权利要求4所述的固废空心陶粒的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的芯体的直径为3～10mm。
6.根据权利要求4所述的固废空心陶粒的制备方法，其特征在于：步骤5)所述的烧制过程包括预热、升温、高温焙烧，具体过程为：350～400℃预热10～30min；升温，升温速度控制在6～10℃/min；1100～1200℃高温焙烧20～40min。
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